MÉTHODOLOGIE DE CONCEPTION ET … · universitÉ de montrÉal mÉthodologie de conception et d’optimisation de mÉcanismes fabriquÉs par fabrication rapide hugo rodrigue dÉpartement
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Figure 3.8: Casing optimized using topology optimization in Altair Hypermesh ......................... 58
Figure 4.1: Délimitation de matériaux hétérogène (à gauche) et en gradient (à droite) ................ 67
Figure 4.2: Exemple d'optimisation d'une frontière hétérogène ..................................................... 67
Figure 4.3: Exemple d'optimisation d'une frontière en gradient .................................................... 68
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LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONS
CAs Consumer Attributes
CFE Candidates for Elimination
DFA Design for Assembly
DFAM Design for Additive Manufacturing
DFM Design for Manufacturing
DFMA Design for Manufacturing and Assembly
DFRM Design for Rapid Manufacturing
DPs Design Parameters
FEA Finite Element Analysis
FFDM Function-Failure Design Method
FMEA Failure Modes Effect and Analysis
FRs Functional Requirements
PVs Process Variables
RED Risk in Early Design
RM Rapid Manufacturing
Su-Field Substance-Domaine
TRIZ Theory of Inventive Problem Solving
1
INTRODUCTION
La fabrication rapide est définie comme étant la fabrication directe de produits finis par
l’utilisation de procédés de fabrication qui construisent la pièce par ajout de matière, ce qui
élimine le besoin d’outillage (Wohlers, 2007). Selon le plus récent rapport Wohlers de l’industrie,
(Wohlers, 2009) les applications de cette technologie ont augmenté de presque 30% par année en
moyenne durant les six dernières années. En 2008, un sondage de compagnies œuvrant dans le
domaine de la fabrication par ajout de matière prévoyait que d’ici 2013 la fabrication rapide
représenterait 35.9% de leur commerce et 50.5% d’ici 2018.
Les procédés de fabrication rapide ouvrent la porte à de nouvelles possibilités de fabrication
novatrices et uniques qui permettent de grandement améliorer le produit sur tous les plans. Ces
possibilités devraient être prises en compte lors de la phase de conception afin de pleinement en
bénéficier, par contre les outils de conception actuels ne sont pas adaptés à prendre en compte ces
nouvelles possibilités. Le but de cette recherche est de développer une méthodologie de
conception qui aide le concepteur à intégrer les avantages de la fabrication rapide dans le produit
lors de la phase de conception.
Ces procédés procèdent en déposant de la matière point par point afin de former une couche de
matière qui sert ensuite de support à la prochaine couche de matière. Puisque chaque couche de
matériau doit reposer sur la précédente, l’utilisation de supports permet de donner à chaque
couche la forme voulue sans se préoccuper de la géométrie de la précédente. Étant donné que la
fabrication se fait en superposant des couches de matériaux qui peuvent varier en forme d’une
couche à l’autre, il n’y a pas de limitation de forme. De plus, en variant le matériau pendant la
fabrication il est possible de fabriquer des pièces multimatériaux. Puisqu’il y a très peu de
restrictions au niveau des géométries possibles, ces procédés sont parfois nommés ‘Solid
Freeform Fabrication’, qui se traduit par ‘fabrication de solide à forme libre’, afin de mettre
l’accent sur le peu de restrictions géométriques de ces procédés.
Les procédés de fabrication traditionnels, dits par enlèvement de matière, ont plus de contraintes
au niveau des formes réalisables. Par exemple lorsqu’une machine à commande numérique tente
de créer une poche dans un solide elle doit utiliser une fraise cylindrique 2 tailles ayant un
volume d’enlèvement de matière en forme de cylindre. En utilisant cette fraise, il n’est pas
possible de réaliser une poche ayant des coins à angle droit. Les contraintes au niveau des formes
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admissibles sont, dans ce cas, reliées à la forme des outils de fabrication ainsi qu’à leurs
trajectoires d’approche. De plus, des recherches en cours permettent, grâce à l’utilisation des
supports solubles, de fabriquer en une seule étape des assemblages comportant des pièces ayant
des mouvements relatifs entre elles.
La seule contrainte de la fabrication rapide au niveau de la géométrie est l’enlèvement des
supports qui n’est pas toujours possible lorsque le support se trouve entièrement enclos dans la
géométrie du solide. La fabrication rapide n’est pas contrainte pas les limitations reliées aux
outils de fabrication et présente très peu de limitation géométrique.
Puisque le matériau est déposé point par point il est possible d’obtenir plusieurs matériaux sur
une même pièce en changeant le matériau déposé. Il est ainsi possible d’avoir soit une division
hétérogène entre les matériaux ou d’avoir un gradient de concentration. Certaines limitations au
niveau des compatibilités entre les matériaux sont imposées par les propriétés des lasers et des
matériaux utilisés.
De plus, le facteur de coût le plus important de la fabrication rapide est le volume de la pièce. La
complexité géométrique de la pièce n’influence pas le coût de fabrication, ce qui est à l’opposé
des procédés traditionnels avec lesquels la complexité géométrique est généralement la variable
de coût la plus importante. Avec la fabrication rapide, il est donc possible d’ajouter de la
complexité à une pièce afin de l’optimiser sans pour autant incrémenter substantiellement le coût
de fabrication, voir même le diminuer lorsqu’on diminue le volume de la pièce. Finalement,
puisqu’il n’y a pas de moule de fabrication, ou autres coûts fixes par modèle de pièce, il est
possible de faire de la personnalisation de masse où chaque produit fabriqué est différent.
En résumé, la fabrication rapide a comme avantages par rapport aux méthodes de fabrication
traditionnelles:
• la possibilité de fabriquer des pièces multimatériaux en variant le matériel utilisé
pendant la fabrication,
• pas de restriction géométrique puisque la fabrication se fait couche par couche et utilise
des supports solubles,
• la complexité n’est pas un facteur du coût de fabrication, mais plutôt de facteurs
indépendants de la complexité tel que le volume de la pièce,
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• possibilité de personnalisation de masse découlant du fait que la fabrication rapide ne
fait pas appel à des outillages tel des moules de fabrication.
Toutefois, au niveau de l’économie d’échelle la fabrication rapide à un net désavantage par
rapport aux méthodes traditionnelles. Les temps et les coûts de fabrication ne diminuent pas en
accroissant la quantité de pièces produites, ceci rend le temps et les coûts d’assemblage moins
importants que ceux de la fabrication. Le concepteur a donc avantage à optimiser au maximum
chaque produit.
Les méthodologies de conception telles que le Design for Assembly et le Design for
Manufacturing sont basées essentiellement sur les limitations des procédés d’assemblage et de
fabrication traditionnels (i.e. par enlèvement de matière). Toutefois, les procédés de fabrication
par ajout de matière ne sont pas contraints par les mêmes limitations et offrent de nouvelles
possibilités qui doivent être prises en compte lors de la conception du produit. Puisqu’il y a peu
de contraintes lors de la conception d’éléments mécaniques fabriqués par fabrication rapide, les
concepteurs peuvent donc arrêter de concevoir en fonction de limitations et penser en termes
d’améliorations. Il faut donc adapter les méthodes de conception afin de penser en termes
d’améliorations et non de restrictions.
Les méthodes de conception de produit actuellement utilisées ne sont pas applicables à la
fabrication rapide puisqu’elles ne sont pas adaptées à ce nouveau paradigme. Il est toutefois
important d’avoir une méthode adaptée à la fabrication rapide puisqu’avec ce type de procédé
“les possibilités de concept ne sont limitées que par les outils de conception et sa propre
imagination”. (Wohlers, 2009) La méthode développée et présentée dans ce mémoire est une
méthodologie de conception adaptée à la fabrication rapide qui aide le concepteur à optimiser et
améliorer son produit en utilisant les avantages de ce procédé.
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CHAPITRE 1 REVUE CRITIQUE DE LA LITTÉRATURE
Dans la littérature actuelle touchant au développement de produit, il n’existe pas de méthode
permettant de concevoir en prenant en compte les améliorations que la fabrication rapide peut
apporter au produit. Une méthodologie de conception de produit pour la fabrication rapide doit
permettre au concepteur de penser en termes d’améliorations à apporter au produit, lui permettre
d’analyser toutes les sources d’inspiration disponibles et elle doit prendre en compte
l’assemblage et non seulement de la pièce.
Premièrement, les méthodologies de conception actuelles se concentrent plutôt à travailler à
l’intérieur des limitations du procédé de fabrication et d’assemblage. Ces méthodologies seront
l’objet du premier chapitre de cette revue de littérature. L’examen de ces méthodologies sera fait
en vue de déterminer si une partie ou l’ensemble de ces méthodes peuvent être aussi applicables à
la fabrication rapide, ou modifiés pour l’être.
Deuxièmement, les méthodologies reliées à la fabrication additive seront analysées. Ces
méthodologies ne portent pas sur le processus de conception d’assemblage, mais aident plutôt le
concepteur à déterminer quand et où utiliser la fabrication rapide ou à incorporer un type
spécifique de structure dans une pièce. Même si ces méthodologies ne remplissent pas tous les
besoins d’une méthodologie de conception par ajout de matière elles peuvent inclure des
éléments importants qui pourraient être réutilisés dans une méthodologie plus complète.
Troisièmement, une représentation standard aide le concepteur à décomposer l’assemblage de
manière à faciliter l’application systématique de méthodes plus loin dans le processus de
conception. Deux des représentations les plus utilisées sont la représentation par pièce et celle par
fonction. De plus, certaines méthodes construisent directement sur ces représentations afin
d’améliorer le produit, dans le cadre de ce mémoire les solutions suivantes sont présentées : la
méthode de Force-Flow Diagram, la méthode de Risk in Early Design et une archive de solutions
biomimétique se basant sur les fonctions standard de la représentation. L’ensemble de ces
représentations et méthodes sera l’objet de la troisième section de la revue de littérature.
Dernièrement, cette revue de littérature fera l’étude des différentes méthodes d’optimisation
numérique servant à optimiser la géométrie d’une pièce. Ce type d’optimisation se doit de faire
partie de la méthodologie proposée puisque les formes possibles d’une pièce sont infinies et seuls
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des algorithmes complexes et itératifs peuvent permettre la sélection de la meilleure géométrie.
Les méthodes d’optimisation numérique répondant aux besoins de la fabrication rapide seront
analysées, c’est-à-dire la méthode d’optimisation de forme, l’optimisation topologique,
l’optimisation de mésostructures (analysée au chapitre 1.2.3) et l’optimisation à objectifs
multiples.
1.1 Méthodologies courantes
Dans cette section, nous analyserons les méthodologies de conception de produit et
d’amélioration de concept les plus couramment utilisées et enseignées. Les méthodes de ‘Design
for Assembly’, de ‘Design for Manufacturing’, de conception d’éléments mécaniques, la méthode
TRIZ et la méthode axiomatique seront détaillées et analysées afin de déterminer si elles, ou une
de leurs parties, pourraient être adaptés à une méthodologie de conception pour la fabrication
rapide.
Les méthodologies de conception de produit sont basées sur les limitations des systèmes
d’assemblage et de fabrication. Toutefois, ces méthodes contiennent généralement plusieurs
outils qui globalement forment la méthodologie, l’analyse effectuée vise à déterminer si certains
de ces outils pourraient être adaptables à la fabrication rapide et permettraient d’améliorer la
forme ou la fonction du produit. Les divers éléments de ces méthodologies seront analysés
séparément pour déterminer si une des procédures effectuées est utile et adaptable à la fabrication
rapide.
Les méthodologies d’amélioration de concept, c’est-à-dire la méthode TRIZ et la méthode
axiomatique, ont des approches très différentes d’autres méthodologies et sont couramment
utilisées en industrie. Elles seront analysées afin de déterminer si une partie de ces méthodes
peuvent aider à apporter des améliorations au produit durant la phase de conception en tirant
avantage des particularités de la fabrication rapide.
1.1.1 La méthode Lucas DFA Evaluation Method
Cette méthode (Redford & Chal, 1994), développée par Lucas Corporation et University of Hull
en 1989, se base sur un système à base de connaissances. En guidant le concepteur à travers
plusieurs analyses, elle lui permet d’obtenir une mesure de l’efficacité fonctionnelle de
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l’assemblage, de difficultés d’alimentation en pièces du processus et de difficulté d’insertion des
composants.
Chaque activité d’assemblage est assignée dans la catégorie essentielle ou non essentielle en
fonction de si la pièce assemblée est nécessaire dans les fonctions de l’assemblage ou non.
L’efficacité fonctionnelle est mesurée en faisant le ratio de pièces essentielles sur le nombre total
de pièces. Si ce ratio est trop bas, il est suggéré de retravailler l’assemblage pour améliorer
l’efficacité fonctionnelle. La méthode suggère 60% comme seuil pour un ratio acceptable.
Ensuite, en analysant les processus d’alimentation et d’installation le concepteur peut déterminer
les opérations qui sont coûteuses ou qui ralentissent le processus à partir de tables servant à
calculer des ratios d’alimentation et d’installation. Si l’un ou l’autre des ratios est trop élevé, il est
recommandé de retravailler l’assemblage.
Cette méthode se concentre principalement à minimiser les temps et les coûts d’assemblage.
Puisque les coûts et les temps d’assemblage ne sont pas des facteurs aussi importants pour la
fabrication rapide que pour la fabrication traditionnelle, cette méthode serait d’une utilité très
limitée dans une méthode adaptée à la fabrication rapide.
1.1.2 La méthode Hitachi Assemblability Evaluation Method étendue
Cette méthode (Ohashi, Iwata, Arimoto, & Mayakawa, 2002) a été développée par la firme
Hitachi Limited afin d’améliorer la qualité de l’assemblage de ses produits. Utilisée dans les
débuts du processus de conception, cette méthode évalue l’assemblage à l’aide d’une méthode
quantitative et met de l’avant les faiblesses de cet assemblage. De plus, il peut être utilisé afin de
comparer diverses alternatives de méthode d’assemblage.
Lors de cette méthode, un score d’assemblage est calculé afin de déterminer la qualité du concept
d’assemblage. Pour ce faire, l’assemblage des pièces est analysé en termes de tâches
d’assemblage élémentaires. Pour chacune de ces tâches, un score de facilité d’assemblage est
calculé qui est représentatif du degré de difficulté et du temps requis afin d’effectuer cette tâche.
Ce coefficient est calculé à partir d’une table de valeur en se basant sur les facteurs susceptibles
d’influencer le temps requis ou la difficulté d’effectuer ces tâches d’assemblage élémentaires.
Ensuite, la moyenne des scores de chaque pièce est calculée pour obtenir le score de qualité
d’assemblage. Plus le score d’une pièce ou la moyenne des pièces de l’assemblage est faible, plus
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il est recommandé de considérer des alternatives. En comparant le score de ces alternatives, le
concepteur tente d’augmenter le score d’assemblage pour obtenir l’assemblage le plus efficace.
Le tableau 1.1 présente le résultat de l’analyse d’un assemblage dans lequel une vis est vissée
dans une pièce. Ensuite, le score de facilité d’assemblage de chaque pièce est calculé ainsi que la
moyenne de ces scores et est déduit des résultats que la pièce à améliorer est la vis.
Tableau 1.1: Exemple de résultat de la méthode Hitachi Assemblability Evaluation
Cette méthode est particulièrement adaptée à la production en chaine, où le temps d’assemblage
représente une large fraction du coût de fabrication. Toutefois, avec la fabrication rapide le temps
et le coût d’assemblage sont négligeables par rapport au temps et au coût de fabrication. De plus,
cette méthodologie n’a pour seul but que d’améliorer le produit en réduisant le temps
d’assemblage et non de l’optimiser par rapport à ses fonctions.
1.1.3 La méthode Boothroyd-Dewhurst DFA Method
La méthode de Design for Assembly de Boothroyd-Dewhurst (Boothroyd, Knight, & Dewhurst,
2002) a pour but de simplifier le produit afin qu’il contienne moins de pièces et qu’il soit plus
facile, rapide et peu coûteux à assembler.
Premièrement, la méthode tente d’estimer et de réduire le temps d’assemblage. Avant de procéder
à l’estimation de temps d’assemblage, la méthode aide le concepteur à choisir le moyen
d’assemblage le plus approprié. Cette étape se fait à l’aide d’une table qui se base sur les
propriétés de la production, par exemple le nombre de modèles du produit et le nombre de pièces
à assembler.
Par la suite, la méthode évalue les pièces de l’assemblage par rapport aux deux points suivants :
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• la facilité de manipulation de la pièce en fonction de sa taille, de son poids et de la
facilité d’orientation
• la facilité d’insertion de la pièce selon les besoins d’alignement, le type de méthode
d’attachement et si cette méthode est automatique ou si elle nécessite une procédure
d’attachement séparée.
Des tables sont utilisées pour évaluer le temps associé à la manipulation et à l’insertion de chaque
pièce. En faisant la somme des temps de manipulation et d’insertion de toutes les pièces, le
concepteur obtient le temps total d’assemblage.
Ensuite, un ensemble de trois règles est utilisé pour déterminer la nécessité de chaque pièce. Une
pièce nécessaire est une pièce qui ne peut pas être éliminée de l’assemblage puisqu’elle remplit
une fonction essentielle. Si une pièce répond oui à une ou à plusieurs des questions suivantes, la
pièce est considérée comme étant une pièce essentielle :
• pour des raisons essentielles la pièce doit-elle avoir un mouvement relatif par rapport à
toutes les autres pièces.
• pour des raisons essentielles la pièce doit-elle être faite d’un autre matériau que toutes les
autres pièces.
• pour des raisons essentielles la pièce doit-elle être démontable à fin de maintenance ou
d’assemblage.
Ensuite, le concepteur apporte des changements à l’assemblage si le temps d’assemblage total ou
d’une pièce est jugé comme étant trop élevé ou si le ratio de pièce nécessaire sur le nombre de
pièces total est jugé trop bas. À l’aide des temps obtenus précédemment, le concepteur sait
quelles pièces ralentissent l’assemblage. La méthode donne des directives de conception afin de
faciliter la manipulation et l’insertion de chaque pièce ainsi que des directives sur comment
simplifier l’assemblage.
Cette méthode sert à adapter le produit au processus d’assemblage et à réduire les temps et les
coûts d’assemblage, toutefois elle n’aide pas à incorporer les avantages de la fabrication rapide.
Le système de questions servant à déterminer le nombre de pièces essentielles pourrait être
adapté à la fabrication rapide et servir à déterminer quelles pièces pourraient être consolidées.
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1.1.4 Les méthodes de conception pour la fabricabilité
Le but des méthodes de conception pour la fabricabilité telle la méthode DFM de Boothroyd-
Dewhurst (Boothroyd, et al., 2002) est de concevoir une pièce de manière à simplifier sa
fabrication afin de réduire les coûts de fabrication et d’identifier et corriger les éléments qui ne
sont pas fabricables au moment de la phase de conception.
Pour ce faire, un ensemble de directives sont établies, par exemple de viser à garder le design
fonctionnel et simple. Elles guident le concepteur à concevoir son assemblage en fonction des
limites établies par les capacités de fabrication des procédés de fabrication traditionnel, par
exemple les formes possibles pour une poche en utilisant une fraiseuse.
Toutefois, ces méthodes sont basées sur les limitations des outils de fabrication. Une méthode de
conception pour les procédés de fabrication par ajout de matière ne peut pas être basée sur les
limitations du procédé, puisque la fabrication rapide a très peu de limitations et puisque le coût de
fabrication n’est pas fonction de la complexité géométrique. Avoir pour but d’enlever de la
complexité à la pièce n’est d’aucune utilité. Au contraire, une méthode basée autour des
possibilités du procédé afin d’optimiser le produit en ajoutant adéquatement de la complexité
serait plus approprié.
1.1.5 Conception d’éléments mécaniques
Les méthodes de conception d’éléments mécaniques visent à prévenir la défaillance des pièces de
l’assemblage. Deux approches principales sont proposées dans (Collins, Busby, & Staab, 2010),
la première basée sur les principes d’ingénierie et la deuxième sur des applications spécifiques.
En utilisant les principes d’ingénierie, le concepteur commence par déterminer les modes de
défaillance des pièces de l’assemblage. Ensuite ces modes de défaillances sont analysés selon les
principes de base de l’ingénierie et de calculs mécaniques, afin de déterminer les variables
influençant les probabilités de défaillances en termes de propriétés des matériaux et de variables
géométriques.
Les variables déterminées précédemment qui sont reliées aux matériaux sont traduites en termes
de caractéristiques de matériel, par exemple une dureté élevée. Les matériaux sont ensuite choisis
en comparant des chartes et des tables de matériaux en utilisant les caractéristiques des matériaux
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déterminés précédemment. Cette méthode de sélection de matériaux est assez générale et peut
facilement aider au choix des matériaux.
La méthode offre des principes de base et des directives pour déterminer la grandeur et la taille de
la géométrie, par exemple elle stipule que la géométrie devrait utiliser une trajectoire directe pour
la transmission de la charge ou que la forme de la pièce devrait être ajustée afin de garder un
stress constant à travers la géométrie. Dans la figure 1.1, la géométrie à gauche est modifiée afin
d’uniformiser le stress à travers le volume en variant l’aire de la section transversale, le résultat
est présenté à droite. Ces directives peuvent être un bon point de départ, mais restent trop
générales pour réellement optimiser une pièce.
Figure 1.1: Modification d'une géométrie afin d'uniformiser le stress
La conception d’élément mécanique basé sur des applications spécifiques se base sur le savoir-
faire et les standards préétablis concernant ces applications spécifiques. En cherchant
l’information concernant une application spécifique, le concepteur obtient des instructions
précises sur comment concevoir la géométrie, l’ajustement, les conditions de surface et comment
choisir les matériaux. Ces solutions sont recueillies selon une perspective de prévention de
défaillance basée sur les différentes solutions disponibles à travers les méthodes de fabrication
traditionnelles.
Cette méthode vise à prévenir la défaillance de la pièce. Elle amène le concepteur à trouver des
solutions très adaptées à ce but, toutefois elle ne tente pas d’optimiser le produit vers des buts
définis par l’utilisateur et ne peut être adaptée pour le faire. Toutefois, même si l’implémentation
de ces solutions est exclusive d’autres solutions lorsque l’on conçoit pour les procédés de
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fabrication traditionnels, elles peuvent êtres intégrées localement dans le produit en utilisant la
fabrication rapide et optimiser le produit pour d’autres buts en parallèle.
Les deux méthodes de conception d’assemblage permettent de générer des solutions pour la
prévention de défaillances, elles pourraient être utilisées dans le cadre de la méthodologie
proposée afin d’aider à générer des solutions potentielles.
1.1.6 La méthode TRIZ
L’abréviation TRIZ est un acronyme pour ‘Theory of Inventive Problem Solving’ en russe. Cette
méthode (Terninko, Zusman, & Zlotin, 1998) a été développée par Genric Altshuller. Pour ce
faire, Altshuller a fait l’analyse de centaines de milliers de brevets afin de trouver des modèles
récurrents utilisés dans les brevets les plus inventifs. À partir de ces modèles, il a développé une
méthode algorithmique d’aide à la résolution de problèmes qui comprend plusieurs outils.
La méthode principale de TRIZ est l’algorithme de résolution inventive de problèmes. Cette
méthode aide à présenter le problème sous une nouvelle perspective en structurant le problème en
termes de contradiction. Si la contradiction est technique, c’est-à-dire une dépendance inverse
entre des paramètres ou caractéristiques du produit, elle est ensuite développée selon des
paramètres standards et résolue en utilisant des principes standards, ces paramètres et principes
étant extraits de l’analyse de brevets faite par Altshuller. Si la contradiction est physique et non
pas technique, des principes de séparation sont appliqués.
Un deuxième outil, en lien avec l’algorithme précédent, est la méthode du concept idéal. Selon
cette méthode le concepteur définit un système idéal et tente par six approches distinctes
d’atteindre ce système idéal en utilisant les ressources disponibles. Par exemple, une usine
thermique dégage des eaux usées alcalines ayant été utilisées pour nettoyer les résidus de scories
ainsi que des gaz provenant de la combustion et le système idéal serait de ne dégager aucun de
ces éléments puisqu’ils sont néfastes pour l’environnement. En utilisant l’approche de
l’utilisation de ressources existantes dans le système, les eaux usées alcalines sont utilisées afin
de traiter les gaz produits par cette même usine. Ainsi deux ressources existantes dans le système
ayant des effets néfastes sont utilisées pour neutraliser leurs effets afin d’obtenir un système
idéal.
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Le troisième outil de TRIZ est le modèle Substance-Domaine (abrévié Su-Field en anglais). Il est
utilisé afin d’établir un modèle de système technologique existant servant à résoudre un problème
existant dans ce système. Une fois ce modèle défini, à l’aide de 76 solutions types standards le
concepteur est amené à choisir une solution pouvant rectifier le problème du système. Une fois
cette solution définie, le concepteur doit développer un concept afin d’implémenter la solution
choisie. Par exemple, un système où un marteau pneumatique doit casser une roche est modélisé
à gauche dans la figure 1.2. Ce système n’est toutefois pas assez effectif puisque le système
n’arrive pas à casser cette roche. Le concepteur considère plusieurs fonctions standard et choisit
d’ajouter une substance plus effective dans le système entre le marteau et la roche. Dans cet
exemple, un burin est utilisé pour concentrer les impacts sur un seul point et le système final est
présenté à droite dans la figure 1.2.
Figure 1.2: Exemple de solution pour un problème en utilisant la méthode Substance-Domaine
Le dernier outil est le modèle d’évolution qui consiste à jumeler le produit avec un modèle
standard d’évolution de produits. Cet outil est surtout utilisé pour comprendre comment les
produits évoluent à travers le temps, ce qui permet de connaître quand et comment ce produit
pourrait évoluer. Par exemple, dans un échangeur de chaleur la superficie doit être faible lorsque
la température est basse et haute quand la température est haute. On peut améliorer l’échangeur
de chaleur en ajoutant des rabats métalliques à mémoire de forme selon le principe de
dynamisation interne, qui dicte que l’on peut augmenter le degré de liberté du système en lui
rajoutant des parties mobiles.
La méthode TRIZ présente plusieurs outils ayant diverses applications servant à améliorer le
concept du produit ou à prévenir des effets néfastes sur le produit, ce qui est très utile lors de la
phase de développement de concept. Toutefois, elle ne s’applique pas lors des phases de
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conception subséquente et n’aide par lors de l’optimisation de l’assemblage ni des pièces. Elle ne
sera donc pas utile pour une méthodologie de conception pour la fabrication rapide même si elle
peut être utile en amont de celle-ci.
1.1.7 La méthode Axiomatique
La méthode de conception axiomatique (Suh, 2001) a été développée par Nam P. Suh professeur
à l’université MIT. Le but principal de cette méthode est d’utiliser des lois fondamentales et des
principes de conception applicable à tous les types de problèmes.
Premièrement, les variables du système sont définies comme suit :
• Consumer Attributes (CAs) : Variables qui caractérisent le concept selon ce que le client a
besoin et veut du produit fini.
• Functional Requirements (FRs) : Variables qui caractérisent le comportement voulu du
produit et répondants aux CAs.
• Design Parameters (DPs) : Éléments faisant partie de la solution de conception dans le
domaine physique qui répondent aux FRs.
• Process Variables (PVs) : Éléments du domaine des processus qui caractérisent le
processus qui répond aux DPs.
Le même concept est représenté dans chaque espace par un vecteur des différentes variables.
Ensuite, il faut définir la relation entre ces différentes variables, la figure 1.3 montre la relation
entre les différents domaines.
Figure 1.3: Relation entre les domaines dans la méthode axiomatique
Une fois définie la relation entre les différentes variables de chaque domaine le concepteur doit
appliquer deux axiomes de conception fondamentaux afin de savoir quoi améliorer dans le
concept. Les deux axiomes de conception fondamentaux sont les suivants :
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• Axiome d’indépendance : Un concept optimal maintient toujours l’indépendance des
requis fonctionnels du concept. C'est-à-dire que chaque requis fonctionnel est satisfait
sans en affecter un autre.
• Axiome d’information : Le meilleur concept est celui contenant le moins d’information.
Ce qui veut dire que l’on tente de maximiser la gamme de paramètres du système faisant
partie de la gamme pour lequel le système est conçu.
La méthode se base sur l’utilisation de ces deux axiomes et d’une représentation matricielle des
attributs du consommateur, des requis fonctionnels, des paramètres du design et des variables de
procédé pour déterminer où effectuer des améliorations. La principale utilité de cette méthode est
d’obtenir un concept optimal, mais n’aide pas à l’optimisation du produit après la sélection d’un
concept et ne porte pas attention aux améliorations à apporter au produit ainsi qu’aux
particularités des procédés de fabrication.
1.1.8 Synthèse des méthodologies courantes
Dans cette section ont été analysées les méthodologies de conception de produit et d’amélioration
de concept les plus couramment utilisées et enseignées. De chaque méthode ont été tirées les
conclusions suivantes :
• Méthodes de Design for Assembly de Lucas, Hitachi et Boothroyd-Dewhurst : ces
méthodes tentent généralement d’optimiser l’assemblage afin de réduire les temps et les
coûts d’assemblage ce qui n’est pas très utile dans une méthodologie de conception pour
la fabrication rapide. Toutefois, un outil de la méthode DFA de Boothroyd-Dewhurst
permettant de déterminer les pièces nécessaires d’un assemblage pourrait être adapté pour
la fabrication rapide.
• Méthode de Design for manufacturing de Boothroyd-Dewhurst : cette méthode permet
d’adapter les pièces de l’assemblage aux limitations des procédés de fabrication afin de
limiter les coûts et le temps de fabrication, ce qui est contraire aux buts d’une
méthodologie de conception pour la fabrication rapide.
• Conceptions d’éléments mécaniques : cette méthode guide le concepteur à concevoir un
assemblage pour en prévenir la défaillance en appliquant les principes de base de
l’ingénierie et en se basant sur les standards établis des éléments de l’assemblage.
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Toutefois, cette méthode n’optimise pas l’assemblage vers des buts définis par le
concepteur.
• TRIZ et méthode axiomatique : ces méthodes permettent d’améliorer un concept en
utilisant divers outils et sont utiles lors du développement de concepts. Par contre, elles ne
sont pas utiles lors de la conception de l’assemblage et des pièces.
1.2 Méthodes reliées aux procédés de fabrication par addition de
matière
Plusieurs méthodologies ont été proposées dans la littérature touchant à des aspects reliés à la
fabrication additive, ces méthodes seront analysées dans cette section. Ces méthodologies ne sont
pas des méthodes qui aident le concepteur à concevoir un assemblage ou à prendre des décisions
reliées à la conception, mais qui l’aide plutôt à prendre des décisions par rapport à quand et où
utiliser la fabrication additive ou à implémenter un certain type de structure qui n’est fabricable
que par fabrication additive dans une pièce. Même si leur but premier n’est pas d’être applicables
au niveau de la phase de conception, elles peuvent présenter certaines méthodes ou outils qui
pourraient être utiles dans la méthodologie proposée. De plus, les méthodologies détaillées dans
cette section pourraient traiter de certains aspects reliés à la fabrication additive qui devraient être
pris en compte dans la méthodologie développée.
1.2.1 Outil d’aide à la décision pour le choix d’une méthode de fabrication
Cette méthodologie présentée dans (Munguia & Riba, 2008) évalue la possibilité d’utiliser la
fabrication rapide comme moyen de fabrication en comparant la fabrication rapide avec les
procédés traditionnels. Pour ce faire, un système d’aide à la décision est implémenté en utilisant
un outil d’aide à la décision.
Premièrement le concepteur doit choisir quels éléments sont à prendre en compte dans chacune
des catégories suivantes :
• Géométrie : les dimensions et caractéristiques géométriques présentes (poches, cavités,
etc.)
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• Besoins fonctionnels : l’importance de la résistance à la corrosion, de l’absorptivité, de la
conductivité, etc.
• Apparence : le fini de surface, la tolérance et les étapes de finition à être utilisés
• Besoins mécaniques : le type de matériel, l’importance des propriétés mécaniques.
Ensuite à chacune des catégories est assigné un poids par le concepteur et un score est calculé
pour chacun des procédés de fabrication. Ceci permet de comparer les procédés de fabrication
selon leurs capacités.
Un problème avec la méthode proposée est qu’elle fait la comparaison entre les différentes
méthodes de fabrication sans considérer les avantages que peut apporter la fabrication rapide au
produit. La fabrication rapide a plusieurs avantages qui devraient être pris en compte lors de la
comparaison à d’autres procédés de fabrication.
1.2.2 Méthodes de conception d’outillage par assemblage de composants
élémentaires hybrides
Le but d’un assemblage à composants hybrides est d’utiliser les moyens de fabrication les mieux
adaptés à diverses sections de la pièce. Dans (Rivette, Hascoët, & Mognol, 2007) une
décomposition d’outillage en composants élémentaires hybrides pour outillage est effectuée en
établissant premièrement une représentation graphique de l’outil et de ses éléments suivant une
légende. Ensuite, à partir de la représentation graphique, la pièce est divisée en composants
élémentaires, c’est-à-dire un regroupement d’entités géométriques indissociables dues aux
contraintes technologiques et géométriques des procédés de fabrication.
Afin de déterminer quelles entités sont indissociables, le concepteur débute par analyser la pièce
pour déterminer quels éléments de la géométrie peuvent être divisés en sous-sections et être
fabriqués en plusieurs parties. Une légende est utilisée pour catégoriser les pièces. Ensuite, le lien
entre chacun de ces éléments est associé à une légende représentant la force du lien topologique
entre ces éléments géométriques, c’est-à-dire si les éléments peuvent être sur différents
composants ou non. Ces deux légendes sont combinées dans un graphe et forment la base de la
méthodologie, un exemple de graphe subdivisé est présenté dans la figure 1.4. Par la suite, la
17
méthode suit des règles afin de découper l’assemblage en composants élémentaires en
déterminant où on peut découper l’assemblage selon les différentes légendes.
Figure 1.4: Graphe de subdivision d’un assemblage en composants élémentaires hybrides
(Rivette, et al., 2007)
Une méthode de logique floue est ensuite appliquée pour déterminer quel moyen de fabrication
est le plus adapté pour chaque composant élémentaire. L’utilisation de cette méthode permet de
réduire le temps et le coût de développement de produit complexe en utilisant les moyens de
fabrication les mieux adaptés à chaque partie de la pièce et permet également de rendre
l’outillage évolutif en changeant les différents composants.
Une autre méthode de conception d’outillage hybride est celle de (Kerbrat, Mognol, & Hascoet,
2010) qui utilise une décomposition en octree de la pièce, c’est-à-dire un volume cubique dont la
taille dépend de la complexité géométrique locale. Ensuite, une évaluation de l’index de facilité
18
d’usinage de chaque octree est faite afin de déterminer quels procédés devraient être utilisés pour
chaque partie de la pièce.
Ces méthodes aident à prendre des décisions quant au procédé utilisé pour la fabrication de pièces
en déterminant où utiliser l’ajout de matière, mais elles n’aident pas à incorporer les avantages de
la fabrication rapide dans le processus de conception de la pièce.
1.2.3 Méthodes pour l’implantation de mésostructures
Les mésostructures sont des structures contenants un grand nombre de structure intermédiaire,
par exemple des treillis comme illustrés dans la figure 1.5 ou des cellules en forme de nid
d’abeille. Souvent appelées ‘structures cellulaires’ puisque ces structures sont composées de
cellules, ces structures présentent des avantages par rapport à des structures pleines. Par
exemple, les mésostructures offrent des propriétés structurelles exceptionnelles par rapport à
leurs poids (Gibson, 2005). Toutefois, ces structures ont une géométrie complexe et non
fabricables par les procédés de fabrication autres que le prototypage rapide et la fabrication
rapide. La fabrication rapide fait en sorte que les mésostructures soient une option viable lors des
étapes de conception. Des méthodologies ont donc été développées pour l’implémentation et
l’optimisation de mésostructures dans une structure lors de la phase de conception sous le nom de
Design for Additive Manufacturing (DFAM).
19
Figure 1.5: Exemple de méso-structure
Des approches d’optimisation de mésostructures sont proposées dans (Wang, 2005), (Rosen,
2007) et (Chu, Graf, & Rosen, 2008) ayant quelques variations au niveau des algorithmes choisis.
Étant principalement intéressés par ce que le concepteur doit faire pour faire fonctionner la
méthode et ce qu’il en ressort, cette revue de littérature ne présentera que les étapes de
l’optimisation et non les algorithmes à utiliser. La méthode proposée se base toutefois sur celle
proposée par (Wang, 2005) qui établit chaque sous-structure comme étant une cellule pour
laquelle le placement et la taille sont optimisés. Les étapes de cette méthode sont les suivantes :
Étape 1 : Déterminer le but de l’optimisation des structures cellulaires selon les buts définis par le
concepteur.
Étape 2 : Choisir le type de cellule qui sera utilisé à travers le produit en se basant sur les buts
déterminés à l’étape 1.
Étape 3 : Déterminer le domaine de conception, c’est-à-dire les frontières de la pièce.
Étape 4 : Créer la topologie initiale en disposant les cellules à travers le domaine de conception.
Étape 5 : Appliquer l’optimisation de grandeur et/ou topologique à la structure définie à l’étape 4
par rapport aux objectifs définis à l’étape 1.
20
Ces méthodes servent à appliquer un type de structure à une pièce, toutefois ces méthodes ne
regardent pas le produit au niveau de l’assemblage, n’aide pas à déterminer quand utiliser ce type
de structure et ne considère que ce type de structure. Ce type de méthode et de structure doit faire
partie d’une méthode plus globale de conception d’assemblage pour la fabrication rapide et sera
donc utilisé dans la méthodologie proposée.
1.2.4 Synthèse des méthodes reliées aux procédés de fabrication par addition
de matière
Dans cette section ont été analysées les méthodes reliées aux procédés de fabrication par addition
de matière détaillée dans la littérature. De chaque méthode ont été tirées les conclusions
suivantes :
• Outil d’aide à la décision pour choix de méthode de fabrication : cette méthode aide le
concepteur à déterminer quel moyen de fabrication utiliser en analysant les
caractéristiques de la pièce. Toutefois, elle ne considère pas les avantages que peut
apporter la fabrication rapide au produit.
• Méthodes de conception d’outillage par assemblage de composants élémentaires
hybrides : ces méthodes aident à diviser une pièce en sous-sections et à déterminer le
moyen de fabrication optimal pour chacune de ces sous-sections. Toutefois, elles n’aident
pas à incorporer les avantages de la fabrication rapide dans le processus de conception de
la pièce.
• Méthodes pour l’implantation de mésostructures : ces méthodes servent à implémenter
des mésostructures dans une pièce et à en optimiser la disposition. Ces structures
présentent de bonnes caractéristiques physiques tout en étant légère, mais ne représentant
qu’une des possibilités de la fabrication rapide.
1.3 Représentations standards et méthodes se basant sur celles-ci
Les représentations schématiques en 2 dimensions sont fondamentales à diverses étapes du
processus de développement de produit, que ce soit afin de donner forme à une idée ou pour faire
le détail des dimensions d’une pièce. Utilisées à bon escient durant le processus de conception
d’assemblage, les représentations peuvent aider à structurer la pensée du concepteur, lui
21
permettre de mieux visualiser le problème et ensuite d’appliquer des méthodes se basant sur ces
représentations.
Dans cette section de la revue de littérature seront analysées deux représentations standards et
trois méthodes. Les deux représentations sont celles les plus couramment utilisées dans la
littérature et l’enseignement du design et les trois méthodes se basent sur ces représentations.
Premièrement, la méthode de Force-Flow Diagram sera détaillée qui se base sur une
représentation par pièce de l’assemblage et y ajoute le flux de force dans l’assemblage afin de
déterminer comment l’assemblage peut être consolidé.
Les deux autres méthodes présentées se basent sur une représentation fonctionnelle de
l’assemblage. Cette représentation permet de mieux comprendre le fonctionnement de
l’assemblage et la relation entre les divers éléments qui le composent. Les deux méthodes
présentées sont celles de Risk in Early Design et une archive de solutions biomimétiques.
1.3.1 Force-Flow Diagram
Le Force-Flow Diagram se base sur une représentation par pièce de l’assemblage, c’est-à-dire
une représentation dans laquelle chaque pièce représente un élément, et des flèches démontrant le
flux de forces entre chaque pièce. Cette représentation permet de mieux comprendre d’où
proviennent ces forces, leur chemin à travers l’assemblage, par où elles quittent l’assemblage et
d’appliquer une méthode de consolidation des pièces non nécessaires dans l’assemblage. La
méthode de Force-Flow Diagram est détaillée dans (Otto & Wood, 2001) et consiste des étapes
suivantes :
Étape 1 : Identifier les flux de forces primaires transmis à travers le produit.
Étape 2 : Schématiser le flux de force à partir de la source à travers chaque composant jusqu’à sa
sortie de l’assemblage. Il faut porter une attention particulière aux flux se séparant.
Étape 3 : Documenter les résultats dans un Force-Flow Diagram dans lequel les nœuds sont des
composants et les connexions sont des forces. Un exemple du résultat de la méthode jusqu’à cette
étape est présenté dans la figure 1.6.
22
Figure 1.6: Exemple de Force-Flow Diagram après l'étape 3
Étape 4 : Analyser le diagramme et annoter les mouvements relatifs entre composants avec un
‘R’.
Étape 5 : Décomposer le diagramme en groupes séparés par des ‘R’ et faire une boite englobant
ces groupes. Suite à ces étapes, le résultat appliqué sur l’exemple est montré dans la figure 1.7.
Figure 1.7: Exemple de Force-Flow Diagram après l'étape 5
Étape 6 : Déduire les sous-fonctions et les besoins des consommateurs qui sont affectés pour
chaque groupe.
Étape 7 : Développer des solutions créatives afin de combiner les composants de chaque groupe.
23
Étape 8 : Répéter pour chaque flux de force.
Une solution possible est de combiner les poignées et les lames de manière en une seule pièce de
manière à obtenir deux pièces jointes par un rivet.
Cette méthode de consolidation de pièce est simple et efficace. Toutefois, elle ne prend pas en
compte toutes les possibilités de la fabrication rapide afin de pousser plus loin la consolidation de
l’assemblage. Cette méthode pourrait être utilisée comme point de départ afin de construire une
méthode de consolidation de pièces prenant en compte les possibilités de la fabrication rapide.
1.3.2 Décomposition fonctionnelle
La décomposition fonctionnelle de l’assemblage est une représentation par fonction du produit
qui fait abstraction de sa forme pour expliquer son fonctionnement à travers un assemblage de
fonction standardisée. Ces fonctions ont été définies premièrement dans (Stone & Wood, 2000) et
mise à jour dans (Hirtz, Stone, McAdams, Szykman, & Wood, 2002) et permettent de
systématiquement décomposer tout produit. Cette représentation ouvre plusieurs portes au
concepteur afin d’appliquer des méthodes de génération de concepts ou de solutions.
Les fonctions standardisées utilisées lors de cette décomposition sont composées d’un verbe
décrivant l’action (la fonction) et d’un nom décrivant le flux réalisant l’action. Les termes de
fonction et de flux sont choisis à partir d’une liste de fonction et flux standard qui sont présentés
dans les tableaux 1.2 et 1.3. Chaque fonction est représentée graphiquement, comme dans la
figure 1.8, par une boite avec une entrée et une sortie d’énergie, de matériau et de signal.
Tableau 1.2: Termes de fonction standard pour le système de fonctions standardisées
Class (Primary) Material Signal
Secondary Human Gas Liquid Solid Plasma Mixture Status Control Class (Primary) Energy
Secondary Human Acoustic Biological Chemical Electrical Electromagnetic Solar Class (Primary) Energy
Secondary Magnetic Mechanical Pneumatic Radioactive/Nuclear Thermal Hydraulic
24
Tableau 1.3: Termes de flux standard pour le système de fonctions standardisées
Class (Primary) Branch Channel Connect Secondary Separate Distribute Import Export Transfer Guide Couple Mix Class (Primary) Control Magnitude Convert Provision Secondary Actuate Regulate Change Stop Convert Store Supply Class (Primary) Signal Support Secondary Sense Indicate Process Stabilize Secure Position
Fonction
Énergie
Matériel
Signal
Énergie
Matériel
Signal
Figure 1.8: Exemple de représentation de fonction standardisée
Afin de déterminer chaque fonction et leur positionnement dans la représentation fonctionnelle la
procédure suivante est suivie :
Étape 1 : Identifier la fonction générale qui doit être accomplie par l’assemblage en utilisant les
termes de la base fonctionnelle. Identifier les flux d’énergie, de matériel et de signal qui entreront
le système et ceux qui en sortiront.
Étape 2 : En utilisant le langage courant écrire une description des fonctions individuelles que le
produit doit accomplir pour effectuer la fonction générale établie à l’étape 1.
Étape 3 : Adapter ces fonctions du langage courant à la forme de la base fonctionnelle. Ces
fonctions deviennent un bloc de fonction comme représenté à la figure 1.8
Étape 4 : Arranger les blocs de fonction dans l’ordre qu’ils doivent prendre afin d’effectuer la
fonction générale.
Étape 5 : Ajouter les flux d’énergie, de matériel et de signal entre les blocs de fonctions. Les flux
doivent être conservés de l’entrée à la sortie et prêter une attention particulière aux flux qui se
séparent.
Étape 6 : Vérifier chaque bloc pour déterminer s’ils ont besoin de flux additionnels.
25
Étape 7 : Vérifier les blocs pour déterminer si le modèle doit être raffiné. Le raffinement du
modèle arrête lorsque chaque bloc de fonction peut être rempli par une seule solution qui est un
objet ou une action et que le niveau de détail est suffisant pour satisfaire les besoins du
consommateur.
La représentation fonctionnelle de l’assemblage permet de s’assurer d’avoir bien établi toutes les
fonctions de l’assemblage. Ces fonctions et leurs représentations servent de base à plusieurs
autres méthodes, dans les prochaines sections seront présentées deux de ces méthodes, c’est-à-
dire la méthode de Risk in Early Design et une méthode d’archivage de solutions biomimétiques.
1.3.3 Risk in Early Design
La méthode de Risk in Early Design (RED) présentée dans (Lough, Stone, & Tumer, 2009) est le
fruit d’une évolution des méthodes de Failure Modes Effect and Analysis (FMEA). Premièrement
introduite par l’armée américaine par le US Military Standard MIL-P-1629A (MIL-P-1629A,
1980) la méthode FMEA guidait le concepteur à cataloguer et analyser les défaillances afin d’en
extirper des connaissances qui permettront de subséquemment éviter ces erreurs. Toutefois, cette
méthode avait un défaut majeur, elle était très dépendante des connaissances et de l’expérience du
concepteur afin de bien appliquer la méthode de la faute du manque de standard dans
l’application de la méthode. En cataloguant les défaillances selon les fonctions standards définies
par (Hirtz, et al., 2002) la Function-Failure Design Method (FFDM) (Stone, Tumer, & Wie,
2005) a été obtenue. En créant une base de données de défaillances cataloguées selon les
fonctions standards le concepteur peut connaitre pendant la phase de conception les modes de
défaillances les plus enclins à poser problème. À des fins d’exemples, (Stone, et al., 2005) utilise
une base de données développée en se basant sur les données d’accidents d’hélicoptère du NTSB
(Robert, Stone, & Tumer, 2002).
Toutefois, la méthode FFDM est tout de même problématique. Au fur et à mesure que le
catalogue de défaillances répertorié s’agrandit, le nombre de défaillances répertoriées pour
chaque fonction grandit et même si certains modes de défaillances sont improbables, ils sont
considérés comme étant aussi importants que ceux étant très probables. Afin de remédier à ce
problème, la méthode de RED a été développée afin de traiter l’information obtenue avec la
méthode FFDM selon la probabilité et les conséquences. Quatre formules sont proposées pour
classer les risques et les conséquences selon une cote de sévérité de 1 à 5. Dans la méthodologie
26
proposée, la méthode de RED est utilisée et la formule de classification utilisée est celle de
probabilité suivante :
= Cote de probabilité de 1 à 5 pour la fonction “i” et le mode de défaillance “j”.
= Nombre de défaillances listées dans la base de données pour la fonction “i” et le mode de défaillance “j”.
= Nombre de défaillances maximal listé dans la base de données pour les fonctions présentes dans le produit.
Le seul défaut de cette formule selon (Lough, et al., 2009) est qu’elle calcule le risque des
défaillances en comparant le nombre de défaillances répertoriées à celle ayant le plus
d’occurrences de défaillance répertorié. Donc si la défaillance la plus probable est elle-même très
improbable, toutes les défaillances sont considérées comme étant probable.
Toutefois, avec la fabrication rapide, l’optimisation d’une fonction n’exclue pas l’optimisation
d’une autre. Donc, même si la pièce est optimisée par rapport à ses défaillances, elle peut tout de
même être optimisée par rapport aux buts définis par l’utilisateur. Par exemple, si en utilisant la
formule précédente on détermine qu’un matériau peut être utilisé pour prévenir un mode de
défaillance, un autre matériau peut tout de même être utilisé sur le reste de la pièce pour d’autres
raisons. Même si ces solutions sont mutuellement exclusives pour les moyens de fabrication
traditionnels, il est possible d’implémenter ces deux solutions en utilisant la fabrication rapide.
1.3.4 Biomimétisme
Le Biomimétisme consiste à analyser des propriétés ou des caractéristiques d’un système
biologique ou naturel et de les reproduire dans un système fabriqué par l’homme. L’étendue de
ces propriétés et de ces caractéristiques est très large, de l’utilisation de structures cellulaires
spécifiques dont les géométries proviennent de la nature (Gibson, 2005) jusqu’à des robots dont
les mouvements sont inspirés d’insectes (Bruck, et al., 2007). Le biomimétisme est en mesure de
fournir un nombre de solutions et d’applications gigantesques, toutefois il peut être
problématique de trouver de quel système s’inspirer. Donc ces solutions doivent être répertoriées
27
pour pouvoir subséquemment y accéder. Toutefois, pour pouvoir accéder à toutes les solutions
potentielles, il faut avoir un système d’archivage efficace et simple d’utilisation.
Un système d’archivage de solution inspirée de la nature est proposé par (Golden, 2005) dans
lequel les solutions sont archivées selon la structure de fonction standard de (Hirtz, et al., 2002).
Cette méthode se base sur trois archives :
• Archive des énoncés fonctionnels standard afin de trouver les Function ID des fonctions.
• Archive des fonctions qui permettent à partir du Function ID de connaitre la fonction et le
Product ID.
• Archive des produits qui permettent de connaitre le produit à partir du Product ID.
Les étapes pour naviguer dans ces archives afin d’accéder aux solutions répertoriées sont les
suivantes :
Étape 1 : Établir un énoncé fonctionnel selon la base fonctionnelle détaillée dans (Hirtz, et al.,
2002) consistant en un terme de flux et un terme de fonction et ajouter un terme de propriété qui
décrit à quoi est lié la solution recherchée. Par exemple, si le concepteur veut prévenir la
défaillance d’un axe par fracture, il défini l’énoncé fonctionnel comment étant ‘stop solid’ et
ajoute le terme de propriété ‘fracture’.
Étape 2 : Faire une recherche dans la base de données des énoncés fonctionnels classifiés pour
trouver des fonctions archivées dont l’énoncé fonctionnel correspond à celui posé précédemment.
Noter les Function ID correspondant à ces fonctions. Pour l’exemple précédent, les résultats sont
les suivants :
Tableau 1.4: Tableau des Function ID classés selon leurs énoncés fonctionnels
Alexander, P., Allen, S., & Dutta, D. (1998). Part orientation and build cost determination in layered manufacturing. Computer-Aided Design, 30(5), 343-356.
Ansorge, F., Badstübner, K., & Reichl, H. (2007). Novel rapid prototyping processes: Building movable parts. Paper presented at the 3rd International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping, Leiria, Portugal.
Bendsøe, M. P., & Sigmund, O. (2003). Topology, optimization: theory, methods and applications. Berlin, Germany: Springer.
Boothroyd, G., Knight, W., & Dewhurst, P. (2002). Product design for manufacture and assembly (2nd ed.). New York: Marcel Dekker.
Chu, C., Graf, G., & Rosen, D. W. (2008). Design for Additive Manufacturing of Cellular Structures. Computer-Aided Design and Applications, 5(5), 686-696.
Collins, J. A., Busby, H., & Staab, G. (2010). Mechanical Design of Machine Elements and Machines: A Failure Prevention Perspective (Second ed.). Danvers, MA, USA: Wiley.
Dieter, G. E., & Schmidt, L. C. (2009). Engineering Design (Fourth ed.). New York: McGraw-Hill.
Ehrgott, M. (2005). Multicriteria Optimization (Second ed.). Berlin, Germany: Springer.
Gibson, L. J. (2005). Biomechanics of cellular solids. Journal of Biomechanics, 38, 377-399.
Golden, I. J. (2005). Function Based Archival and Retrieval Developing a Repository of Biologically Inspired Product Concepts. University of Maryland, College Park, College Park, USA.
Hirtz, J., Stone, R. B., McAdams, D. A., Szykman, S., & Wood, K. L. (2002). A Functional Basis for Engineering Design: Reconciling and Evolving Previous Efforts. Research in Engineering Design, 13, 65-82.
Kerbrat, O., Mognol, P., & Hascoët, J. Y. (2008). Manufacturing criteria in hybrid modular tools: How to combine additive and subtractive processes. Paper presented at the 3rd
62
International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping, Leiria, Portugal.
Kumar, S., & Kruth, J.-P. (2010). Composites by Rapid Prototyping Technology. Materials and Design, 31, 850-856.
Lough, K. G., Stone, R. B., & Tumer, I. Y. (2009). The Risk in Early Design Method. Journal of Engineering Design, 20(2), 155-173.
MIL-P-1629A. (1980). Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis. Department of Defense.
Munguia, J., & Riba, C. (2008). A concurrent Rapid Manufacturing advice system. Paper presented at the 4th IEEE Conference on Automation Science and Engineering, Washington, DC.
Ohashi, T., Iwata, M., Arimoto, S., & Mayakawa, S. (2002). Extended assemblability evaluation method (AEM). JSME International Journal: Series C Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing, 45(2), 567-574.
Otto, K., & Wood, K. (2001). Product Design: Techniques in Reverse Engineering and New Product Development. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall.
Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., & Grote, K. H. (2007). Engineering Design: A Systematic Approach (Third ed.). London: Springer.
Redford, A. H., & Chal, J. (1994). Design for assembly: principles and practice. Berkshire, England: McGraw-Hill.
Rivette, M., Hascoët, J. Y., & Mognol, P. (2007). A graph-based methodology for hybrid rapid design. Journal of Engineering Manufacture, 221(4), 685-697.
Robert, R. A., Stone, R. B., & Tumer, I. Y. (2002). Deriving Function-Failure Similarity Information for Failure-Free Rotorcraft Component Design. Paper presented at the ASME Design Engineering Technical Conferences, Design for Manufacturing Conference, DETC2002/DFM-34166, Montreal, Canada.
Rosen, D. W. (2007). Computer-aided design for additive manufacturing of cellular structures. Computer-Aided Design and Applications, 4(1-6), 585-594.
Rosenberg, B. (2008). Rapid prototyping to rapid manufacturing. Aerospace Engineering & Manufacturing, 28(4), 37-39.
Stone, R. B., Tumer, I. Y., & Wie, M. V. (2005). The Function-Failure Design Method. Journal of Mechanical Design, 127, 397-407.
Stone, R. B., & Wood, K. L. (2000). Development of a Functional Basis for Design. Journal of Mechanical Design, 122, 359-370.
Terninko, J., Zusman, A., & Zlotin, B. (1998). Systematic innovation: an introduction to TRIZ (theory of inventive problem solving). Boca Raton, FL: St. Lucie Press.
Ulrich, K. T., & Eppinger, S. D. (2004). Product Design and Development (Third ed.). New York: McGraw-Hill/Irwnin.
63
Vincent, J. F. V., Bogatyreva, O. A., Bogatyrev, N. R., Bowyer, A., & Pahl, A.-K. (2006). Biomimetics: its practice and theory. Journal of The Royal Society Interface, 3(9), 471-482.
Wang, H. V. (2005). A Unit Cell Approach for Lightweight Structure and Compliant Mechanism. Georgia Institute Of Technology, Atlanta, USA.
Wohlers, T. (2007). Wohlers report: rapid prototyping, tooling & manufacturing state of the industry: annual worldwide progress report. Fort Collins, CO: Wohlers Associates.
Wohlers, T. (2009). Wohlers report: rapid prototyping, tooling & manufacturing state of the industry: annual worldwide progress report. Fort Collins, CO: Wohlers Associates.
64
CHAPITRE 4 DISCUSSION GÉNÉRALE
La fabrication rapide se présente comme étant un nouveau procédé de fabrication permettant de
fabriquer une pièce en déposant de la matière couche par couche, donc en procédant par ajout de
matière. Cette manière de procéder est à l’opposé des procédés d’usinage traditionnels qui
procèdent par enlèvement de matière. En procédant par ajout de matière le procédé procure de
nouvelles possibilités aux concepteurs qui font en sorte que ces procédés se distinguent fortement
des procédés traditionnels. Les avantages que la fabrication rapide a par rapport aux procédés de
fabrication traditionnels sont :
• La possibilité de fabriquer des pièces multimatériaux
• Pas de restriction géométrique
• L’ajout de complexité ne décuple pas le coût de fabrication
• Possibilité de personnalisation de masse
La méthodologie de conception présentée au chapitre 3 a pour but d’aider le concepteur à
incorporer les avantages de la fabrication rapide dans un produit au moment de la phase de
conception.
Les deux premiers avantages ouvrent de nouvelles portes au concepteur, ils lui permettent de
fabriquer des pièces d’un niveau de complexité qui n’était pas possible auparavant. Le troisième
avantage est celui qui influence le plus grandement le procédé de conception puisqu’il est en
contradiction avec la base des méthodologies de conception de produit actuelles, c’est-à-dire
celles développées pour les procédés de fabrication traditionnelle. Ces méthodologies ont pour
but de minimiser la complexité du fait qu’elle est le facteur qui influence généralement le plus le
coût d’une pièce. Puisque la complexité ne décuple pas le coût de fabrication, les méthodes
développées pour minimiser la complexité ne font que limiter le potentiel de la fabrication rapide.
Au contraire, il serait plus adéquat de trouver des méthodes pour adéquatement ajouter de la
complexité au produit. De cette contradiction surgit le défi suivant : comment amener le
concepteur à changer de paradigme de conception et penser en termes d’améliorations à apporter
au produit.
65
Afin de permettre au concepteur de changer de paradigme de conception, la méthodologie de
conception doit le guider à optimiser le produit en lui permettant de systématiquement apporter
des améliorations à divers aspects du produit. Pour ce faire, la méthodologie doit, dans un
premier temps, le guider à bien définir tous les éléments qui peuvent être optimisés et, en un
deuxième temps, l’amener à une solution optimale pour chaque élément à optimiser. Toutefois,
lors de l’optimisation de chaque élément, la méthodologie doit prendre en compte les nouvelles
possibilités de fabrication multimatériaux et les possibilités de fabrication de géométrie plus
complexe. En résumé, la méthodologie développée doit remplir les objectifs suivants :
• Penser en termes de possibilités et non de restrictions
• Utilisation adéquate de géométries complexes
• Utilisation adéquate des possibilités de multimatériaux
Afin d’aider le concepteur à penser en termes de possibilités, la méthodologie proposée dans ce
mémoire guide le concepteur à concevoir sa pièce en trouvant des solutions qui servent à
optimiser cette pièce parallèlement contre les défaillances et vers un ou plusieurs buts définis par
le concepteur. Le fait de concevoir en pensant en termes de solutions optimales équivaut à penser
en termes de possibilités et non en se basant sur les restrictions du processus.
En optimisant simultanément les pièces de l’assemblage vers deux buts distincts, le concepteur
est mené à intégrer plusieurs solutions géométriques et plusieurs matériaux dans une même pièce,
et ce de manière à améliorer le produit. Le concepteur est donc guidé à utiliser adéquatement les
possibilités de fabrication de géométries complexes et les possibilités de fabrication de pièces
multimatériaux.
Cependant, la méthodologie proposée a toute de même certaines limitations reliées aux capacités
des méthodes d’optimisation numérique, des logiciels et l’exhaustivité des bases de données
auxquels le concepteur fait appel. Ces limitations sont détaillées ci-dessous.
Premièrement, les méthodes d’optimisations numériques de la géométrie permettent d’optimiser
la géométrie d’une pièce par rapport à certains critères et chacune possède ses propres avantages
et désavantages. La méthodologie proposée suggère de considérer l’optimisation topologique et
l’optimisation de mésostructures afin de trouver des solutions optimales, toutefois ces méthodes
66
ont des limitations au niveau de leurs résultats qui imposent donc des limitations à la
méthodologie.
L’optimisation topologique permet d’obtenir une structure pleine et uniforme qui remplit certains
critères d’optimalité. Toutefois, la solution est toujours pleine et uniforme, c’est-à-dire que la
structure obtenue ne peut pas contenir de sous-structures, telle une mésostructure, et ne sera
composée que d’un seul matériau.
L’optimisation de mésostructures permet d’optimiser la forme des cellules et leurs dispositions à
travers la géométrie. Toutefois, l’optimisation de méso-structure ne permet pas d’optimiser
l’aspect multimatériaux ni d’intégrer plusieurs types de cellules. Elle ne peut pas non plus mener
à une structure pleine.
Afin d’obtenir une géométrie optimale, le concepteur doit conduire plusieurs optimisations
numériques de la géométrie et ensuite comparer les résultats pour choisir quel type de structure
utiliser. De plus, les méthodes numériques ne lui permettent pas d’optimiser l’aspect
multimatériaux.
Deuxièmement, les logiciels de Conception Assistée par Ordinateur (CAO), les logiciels
d’Ingénierie Assistée par Ordinateur (IAO) et les formats de transferts de données tels
qu’implémentés dans ces logiciels ont des limitations au niveau de leur intégration des
possibilités de multimatériaux de la fabrication rapide. Lorsqu’une pièce contient plusieurs
matériaux, il y a plusieurs nouvelles variables décrivant la disposition de ces matériaux que le
logiciel doit être en mesure de modéliser et optimiser.
Les logiciels de CAO sont limités au niveau de la modélisation multimatériaux d’une pièce.
Certains sont en mesure de représenter une pièce multimatériaux ayant une délimitation
hétérogène entre les matériaux (à gauche dans la figure 4.3), toutefois ils ne peuvent pas
modéliser une pièce dans laquelle il y a un gradient de concentration entre les deux matériaux (à
droite dans la figure 4.3).
67
Figure 4.1: Délimitation de matériaux hétérogène (à gauche) et en gradient (à droite)
De plus, les logiciels d’IAO devraient permettre l’optimisation d’une pièce multimatériaux, et ce
selon plusieurs variables. Dans une pièce à frontière hétérogène l’algorithme doit optimiser
simultanément la position et la forme de la frontière entre les matériaux, toutefois même si les
logiciels d’IAO sont en mesure de modéliser une pièce multimatériaux à frontière homogène ils
ne sont pas capables d’optimiser ni le placement ni la forme de cette frontière. La figure 4.4
montre comment la frontière entre deux matériaux pourrait être déplacée et déformée.
Figure 4.2: Exemple d'optimisation d'une frontière hétérogène
Le nombre de variables pour décrire une pièce multimatériaux à frontière en gradient est plus
élevé que pour une frontière hétérogène. Il faut donc que le logiciel soit en mesure de modéliser
précisément ce gradient pour ensuite l’optimiser. Les logiciels actuels ne sont pas en mesures ni
de modéliser ni d’optimiser un tel type de pièce, ce qui limite le concepteur. Un exemple
d’optimisation de pièce multimatériaux à frontière en gradient est présenté à la figure 4.5. Dans
cet exemple, une pièce dont le gradient se fait à travers toute la pièce est modifiée afin d’avoir un
gradient plus court et plus près du côté gauche de la pièce.
68
Figure 4.3: Exemple d'optimisation d'une frontière en gradient
Une autre limitation des logiciels de CAO et d’IAO est le format de transfert de données utilisé
pour importer et exporter l’information sur le modèle. Le format de Standard for the Exchange of
Product model data (STEP) est le format de transfert de données le plus complet. Il a été
développé afin de permettre de transférer toute l’information relative au produit à tous les
niveaux de celui-ci. Ce format de transfert de données est censé pouvoir contenir toute
l’information géométrique et les données relatives aux matériaux du produit, toutefois un travail
de recherche réalisé par Abderrahmane Jaidi dans le cadre du programme d’Unité de
Participation et d'Initiation à la Recherche (UPIR) les logiciels de CAO et d’IAO les plus
courants (Catia, MSc Patran, Altair Hyperworks, Ansys Workbench) n’exportent que la
géométrie et n’exportent pas les données sur les matériaux.
Troisièmement, la méthodologie proposée peut faire appel à certaines bases de données,
notamment une base de données de produits inspirés de la nature et de défaillances de produits.
L’exhaustivité de ces bases de données a une incidence directe sur les résultats trouvés par les
concepteurs et ainsi un manque d’exhaustivité peut limiter les solutions trouvées par les
concepteurs ou les induire en erreur. Par exemple, la base de données de solutions inspirées par la
nature est utilisée pour trouver des solutions qui peuvent être implémentées dans le produit, mais
cette base de données ne contient qu’une partie de ce type de solution. Elle omet des solutions
telles que des structures en forme de nids d’abeilles qui peuvent être une solution intéressante
pour la structure de divers produits, le concepteur ne sera donc pas systématiquement guidé à
considérer cette solution.
Malgré ces limitations au niveau de son application, la méthodologie proposée n’est pas
grandement influencées par ces éléments puisque ce sont des limitations externes à la
méthodologie et que la méthode de consolidation ainsi que la structure proposée ne sont pas
69
directement affectés par ces limitations. La méthodologie proposée n’aura donc pas besoin d’être
modifiée au fur et à mesure que ces limitations sont amenées à disparaitre.
En guidant le concepteur à consolider les pièces de l’assemblage et en optimisant simultanément
chacune de ces pièces vers des buts distincts, la méthodologie aide le concepteur à penser en
termes de possibilités et à prendre avantage des possibilités de fabrication de géométries
complexes et de fabrication multimatériaux. La méthodologie a été testée sur un assemblage
mécanique et de nombreuses améliorations ont été apportées au produit, et ce à plusieurs niveaux
tant pour prévenir les défaillances de l’assemblage que pour optimiser cet assemblage vers un but
défini par le concepteur.
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CONCLUSION
Ce travail de recherche visait à développer une méthodologie de conception et d’optimisation de
mécanismes fabriqués par fabrication rapide. L’objectif d’avoir une telle méthodologie est
d’aider le concepteur à rentrer dans un nouveau paradigme de conception où il pense en termes
d’améliorations à apporter au produit et non en termes de limitations auxquelles le produit est
contraint par les procédés de fabrication. Ce nouveau paradigme de conception est nécessaire
puisque la fabrication rapide présente peu de limitation, le processus de conception ne doit donc
plus se concentrer sur concevoir autour de ces limitations. De plus, la méthodologie doit aider le
concepteur à utiliser adéquatement les possibilités de fabrication de géométrie complexe et de
fabrication multimatériaux qu’offre la fabrication additive.
Afin de développer une méthodologie de conception pour la fabrication rapide, ce travail de
recherche a débuté par analyser les méthodologies actuelles de conception de mécanismes et de
pièces, les méthodologies associées à la fabrication rapide, les représentations standards, les
méthodes se basant sur celles-ci et les méthodes d’optimisation numérique de la géométrie. De
ces méthodologies ont été soulevés divers éléments pouvant être applicables à une méthodologie
de conception pour la fabrication rapide. En construisant sur ces éléments, une méthodologie a
été développée en tentant de répondre aux objectifs de recherche établis précédemment :
• Penser en termes de possibilités et non de restrictions
• Utilisation adéquate de géométries complexes
• Utilisation adéquate des possibilités de multimatériaux
La méthodologie proposée guide le concepteur à concevoir en termes de solutions optimales et
non en termes de limitation. Elle guide le concepteur à implémenter parallèlement des solutions
pour prévenir les défaillances de l’assemblage et pour l’optimiser vers des buts définis par le
concepteur. Puisque la méthodologie aide à implémenter des solutions optimales, elle guide le
concepteur à penser en termes de possibilités et non de limitations. De plus, puisqu’elle guide le
concepteur à implémenter plusieurs solutions dans les pièces de l’assemblage, donc parfois en
implémentant plusieurs matériaux dans une même pièce, la méthode guide le concepteur à faire
appel à des solutions multimatériaux. Finalement, l’utilisation d’optimisation numérique de la
71
géométrie permet de faire une utilisation adéquate des possibilités de fabrication de géométries
complexes. La méthodologie développée répond donc aux objectifs de recherche.
Des problèmes ont été rencontrés au niveau de la prise en compte des aspects multimatériaux à
tous les niveaux de la chaine numérique. En effet, les logiciels d’IAO, de CAO, les formats de
transfert de données numériques ainsi que les méthodes d’optimisation numériques ne prennent
pas en compte l’aspect multimatériaux. Cette limite est toutefois externe à la méthodologie
développée.
La méthodologie a été appliquée à un système d’engrenage planétaire pour fin de validation. Le
but primaire du processus de conception étant de réduire le poids de l’assemblage, une réduction
du poids d’environ 50% a été obtenue. En implémentant des solutions dans l’assemblage, la
méthodologie a conçu l’assemblage en y apportant des améliorations et non en pensant en termes
de limitations. Les capacités de multimatériaux ont été utilisées à divers endroits de l’assemblage
et une optimisation topologique a été effectuée faisant appel aux capacités de fabrication de
géométries complexes du procédé de fabrication. L’exemple du système d’engrenage planétaire a
validé la capacité de la méthodologie à concevoir un assemblage en prenant en compte les
avantages et les particularités de la fabrication rapide.
La méthodologie proposée remplit bien les objectifs de recherche, mais elle pourrait tout de
même être améliorée et inclure plus d’outils afin d’aider le concepteur à prendre certaines
décisions plus facilement.
Premièrement, la méthodologie guide le concepteur à choisir plusieurs matériaux à implémenter
sur une même pièce et ainsi faire appel aux capacités de fabrication multimatériaux. Toutefois, il
y a des limites au niveau du choix des matériaux dû aux compatibilités entre les divers matériaux.
Ces limitations au niveau de la compatibilité inter-matériaux dépendent de la machine de
fabrication utilisée et des caractéristiques des matériaux. La méthodologie proposée pourrait être
améliorée par l’addition d’une méthode permettant au concepteur de faire des choix optimaux
pour les pièces multimatériaux en tenant compte des compatibilités entre les différents matériaux.
Deuxièmement, une méthode aidant à déterminer quand les pièces peuvent être fabriquées
préassemblées serait utile afin d’aider le concepteur à minimiser le temps d’assemblage et à
consolider au maximum l’assemblage. Afin de déterminer si les pièces peuvent être fabriquées
pré-assemblées, plusieurs variables doivent être prises en comptes, notamment la précision de la
72
machine et l’espacement entre les pièces. Une méthode permettant de quantifier ces variables
permettrait de guider le concepteur à systématiquement concevoir des assemblages pré-
assemblés.
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BIBLIOGRAPHIE
Alexander, P., Allen, S., & Dutta, D. (1998). Part orientation and build cost determination in layered manufacturing. Computer-Aided Design, 30(5), 343-356.
Ansorge, F., Badstübner, K., & Reichl, H. (2007). Novel rapid prototyping processes: Building movable parts. Paper presented at the 3rd International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping, Leiria, Portugal.
Bendsøe, M. P., & Sigmund, O. (2003). Topology, optimization: theory, methods and applications. Berlin, Germany: Springer.
Boothroyd, G., Knight, W., & Dewhurst, P. (2002). Product design for manufacture and assembly (2nd ed.). New York: Marcel Dekker.
Bruck, H. A., Gershon, A. L., Golden, I., Gupta, S. K., Jr, L. S. G., Magrab, E. B., et al. (2007). Training mechanical engineering students to utilize biological inspiration during product development Bioinspiration & Biomimetics, 2(4), 198-209.
Bucur, D., & Buttazzo, G. (2005). Variational methods in shape optimization problems: Progress in nonlinear differential equations and their applications (Vol. 65). Boston: Birkhäuser.
Chu, C., Graf, G., & Rosen, D. W. (2008). Design for Additive Manufacturing of Cellular Structures. Computer-Aided Design and Applications, 5(5), 686-696.
Collins, J. A., Busby, H., & Staab, G. (2010). Mechanical Design of Machine Elements and Machines: A Failure Prevention Perspective (Second ed.). Danvers, MA, USA: Wiley.
Dieter, G. E., & Schmidt, L. C. (2009). Engineering Design (Fourth ed.). New York: McGraw-Hill.
Ehrgott, M. (2005). Multicriteria Optimization (Second ed.). Berlin, Germany: Springer.
Gibson, L. J. (2005). Biomechanics of cellular solids. Journal of Biomechanics, 38, 377-399.
Golden, I. J. (2005). Function Based Archival and Retrieval Developing a Repository of Biologically Inspired Product Concepts. University of Maryland, College Park, College Park, USA.
Hirtz, J., Stone, R. B., McAdams, D. A., Szykman, S., & Wood, K. L. (2002). A Functional Basis for Engineering Design: Reconciling and Evolving Previous Efforts. Research in Engineering Design, 13, 65-82.
Jin, Z.-H., & Batra, R. C. (1996). Some Basic Fracture Mechanics Concepts in Functionally Graded Materials. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 44(8), 1221-1235.
Kerbrat, O., Mognol, P., & Hascoet, J. Y. (2010). Manufacturing complexity evaluation at the design stage for both machining and layered manufacturing. [doi: DOI: 10.1016/j.cirpj.2010.03.007]. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 2(3), 208-215.
Kerbrat, O., Mognol, P., & Hascoët, J. Y. (2008). Manufacturing criteria in hybrid modular tools: How to combine additive and subtractive processes. Paper presented at the 3rd International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping, Leiria, Portugal.
74
Kumar, S., & Kruth, J.-P. (2010). Composites by Rapid Prototyping Technology. Materials and Design, 31, 850-856.
Lough, K. G., Stone, R. B., & Tumer, I. Y. (2009). The Risk in Early Design Method. Journal of Engineering Design, 20(2), 155-173.
Mastinu, G., Gobbi, M., & Miano, C. (2006). Optimal Design of Complex Mechanical Systems: With Applications to Vehicle Engineering. Berlin, Germany: Springer.
MIL-P-1629A. (1980). Procedures for Performing a Failure Mode, Effects and Criticality Analysis. Department of Defense.
Munguia, J., & Riba, C. (2008). A concurrent Rapid Manufacturing advice system. Paper presented at the 4th IEEE Conference on Automation Science and Engineering, Washington, DC.
Ohashi, T., Iwata, M., Arimoto, S., & Mayakawa, S. (2002). Extended assemblability evaluation method (AEM). JSME International Journal: Series C Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing, 45(2), 567-574.
Otto, K., & Wood, K. (2001). Product Design: Techniques in Reverse Engineering and New Product Development. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall.
Pahl, G., Beitz, W., Feldhusen, J., & Grote, K. H. (2007). Engineering Design: A Systematic Approach (Third ed.). London: Springer.
Redford, A. H., & Chal, J. (1994). Design for assembly: principles and practice. Berkshire, England: McGraw-Hill.
Rivette, M., Hascoët, J. Y., & Mognol, P. (2007). A graph-based methodology for hybrid rapid design. Journal of Engineering Manufacture, 221(4), 685-697.
Robert, R. A., Stone, R. B., & Tumer, I. Y. (2002). Deriving Function-Failure Similarity Information for Failure-Free Rotorcraft Component Design. Paper presented at the ASME Design Engineering Technical Conferences, Design for Manufacturing Conference, DETC2002/DFM-34166, Montreal, Canada.
Rosen, D. W. (2007). Computer-aided design for additive manufacturing of cellular structures. Computer-Aided Design and Applications, 4(1-6), 585-594.
Rosenberg, B. (2008). Rapid prototyping to rapid manufacturing. Aerospace Engineering & Manufacturing, 28(4), 37-39.
Stone, R. B., Tumer, I. Y., & Wie, M. V. (2005). The Function-Failure Design Method. Journal of Mechanical Design, 127, 397-407.
Stone, R. B., & Wood, K. L. (2000). Development of a Functional Basis for Design. Journal of Mechanical Design, 122, 359-370.
Suh, N. P. (2001). Axiomatic design: advances and applications. New York: Oxford University Press.
Terninko, J., Zusman, A., & Zlotin, B. (1998). Systematic innovation: an introduction to TRIZ (theory of inventive problem solving). Boca Raton, FL: St. Lucie Press.
75
Ulrich, K. T., & Eppinger, S. D. (2004). Product Design and Development (Third ed.). New York: McGraw-Hill/Irwnin.
Vincent, J. F. V., Bogatyreva, O. A., Bogatyrev, N. R., Bowyer, A., & Pahl, A.-K. (2006). Biomimetics: its practice and theory. Journal of The Royal Society Interface, 3(9), 471-482.
Wang, H. V. (2005). A Unit Cell Approach for Lightweight Structure and Compliant Mechanism. Georgia Institute Of Technology, Atlanta, USA.
Wohlers, T. (2007). Wohlers report: rapid prototyping, tooling & manufacturing state of the industry: annual worldwide progress report. Fort Collins, CO: Wohlers Associates.
Wohlers, T. (2009). Wohlers report: rapid prototyping, tooling & manufacturing state of the industry: annual worldwide progress report. Fort Collins, CO: Wohlers Associates.